美国操控的信号卫星位于三种不同类型的轨道内：低地轨道、地球同步轨道和高椭圆轨道（“闪电轨道”）。1960年6月，海军的第一颗银河辐射与背景（Galactic Radiation and Background, GRAB）电子情报卫星进入轨道，其主要目标是苏联的雷达系统。银河辐射与背景的后续卫星被称为“罂粟”（POPPY），于1962年首次进入轨道。该年2月，空军也开始操控低地轨道“雪貂”卫星，用于拦截苏联、中国和其他国家的空中防御雷达、反弹道导弹雷达和早期预警雷达发出的信号。从第一次发射到1971年7月16日，共发射了三代16颗卫星，倾角范围从75度到82度。
1963年8月，第二级“雪貂”开始投入使用。第一级每个卫星在发射时都是首要有效载荷，而第二级卫星则是携带成像卫星的运载火箭上的附加载荷。两种卫星的轨道都演变成类似的形状，其初步轨道约为180×250英里，逐步变成300英里左右的近圆轨道。从1972年到1988年，所有发射的雪貂卫星都是第二级有效载荷。有一组雪貂卫星被称为“989”，其与KH-9成像卫星（发射于1971年至1984年之间）和一种被称为“折叠座椅”（JUMPSEAT）的信号情报卫星（详述见下文）一起发射。
1988年9月5日，由四颗卫星构成新的雪貂卫星星群，其中的第一颗被作为首要有效载荷，搭载“泰坦Ⅱ”号发射于范登堡空军基地，被放置于500英里、85度倾角的圆形轨道。其后，1989年9月5日和1992年4月25日，“泰坦Ⅱ”号又承担了类似的发射。但是，1993年，曾被指定给某个“秘密用户”使用的三个“泰坦Ⅱ”助推器被分配给了战略防御倡议组织（Strategic Defense Initiative Organization），即现在的导弹防御局Missile Defense Agency）。
参谋长联席会议的“角色和任务”报告的一份草案中提到，该举措代表了某个决策，即现存的两个国家卫星系统正在承担的任务，未来将由一个单独的全新系统承担。该系统将是命运三女神（PARCAE）电子情报海洋监视卫星高级版的后续。命运三女神（和高级命运三女神卫星群）首次发射于1976年，与它捆绑的地面站多年来一直有一个不涉密的名称“一流奇才”（CLASSIC WIZARD）〔随后又被称为“冰柜（ICEbox）”，其中ICE是“改进搜集设备（Improved Collection Equipment）”的首字母缩略语〕。
正如海军安全大队司令部（Naval Security Group Command）的一份指令所提及的，“一流奇才”全球监视系统起源于美国海军1968年对某个专用海洋监视卫星系统的可行性调查研究。1970年，海军作战部长下令研究总体的海洋监视需求。这个项目产生了5卷的《海军研究实验室海洋监视需求研究》。反过来，该研究又推动产生了项目749，这是一个重点研究高分辨率、相控阵雷达的项目。该雷达能够进行全天候的海洋监视监控，并探测到低弹道的海上发射导弹。
不管这些初步研究的重点是什么，由此产生的海洋监视卫星项目——命运三女神缺乏雷达能力。它更像是一个被动的拦截者，装备了一个被动红外扫描器和多个毫米波辐射计，还有能力监控潜艇和舰艇的无线电通信和雷达释放的无线电频率。它使用被动干涉测量术（利用干涉现象）来判断舰艇的位置；也就是说，航天器能够根据若干个天线提供的有关雷达的数据或无线电信号计算出某个舰艇的位置。
命运三女神系统包括航天器主体和3个与其相连接的子卫星。命运三女神卫星发射于范登堡空军基地，进入近圆的、63度倾角轨道，其高度约为700英里。航天器在这个高度能够接收到来自2000英里以外的水面舰艇的信号。在每个航行之间位移约1866英里的情况下，命运三女神能够在后续的航行中提供重叠覆盖。
1976年至1987年5月15日，共有8个行动集群被放入轨道中。20世纪80年代的增长率促使海军提出要求并得到了资金，用于所有“一流奇才”地面站的天线升级。与海军区域报告中心共同驻扎的地面站位于：英属印度洋领地迪戈加西亚岛；关岛；阿拉斯加州阿达克；缅因州冬港；苏格兰埃德泽尔。地面站收到的信息被快速传输给区域海洋监视中心，并通过卫星传输给位于华盛顿特区的一个主要的下行链接。近几年，所有这些地面站都被关闭，而在其他站点，陆军和空军的信号情报人员与海军的信号情报人员一起共同驻扎，这更进一步说明该系统不只聚焦于海军目标。陆军的参与开始于20世纪80年代中期，依据是某个代号为“纯蓝”（TRUE BLUE）的项目（该项目也包括陆军参与到其他站点）。1995年，空军情报局第692情报大队的第1分遣队在关岛成立，参与“一流奇才”项目，该项目被空军情报局的某份报告称为“联合全球监视报告系统”。
第一个高级命运三女神系统投入使用，是在1990年6月从卡纳维拉尔角发射的航天任务。第二个由“泰坦 Ⅳ”号承载从范登堡空军基地发射于1991年11月。两次发射的卫星都被放置在与命运三女神卫星相似的轨道上。1993年8月，范登堡空军基地的某次发射在起飞后不久就发生了爆炸，助推器和航天器都被炸毁。随后，1996年5月12日的发射成功了。
1993年的爆炸发生之后不久，据称国家侦察局和海军计划开发新一代、具备改进提高探测能力的航天器。新一代的代号为“侵入者”（INTRUDER），显然比前几代更像一个双重系统（针对陆基目标和海基目标），而且具备了某些通信情报的能力。第一次发射时间为2001年9月8日，随后的发射时间依次是：2003年12月2日；2005年2月3日；2007年6月15日；2011年4月14日。与前几代电子信号海洋监视卫星不同，新一代被发射进入轨道所搭载的是阿特拉斯运载火箭。新一代只使用轨道中的两个卫星，而不是三个。卫星的轨道与以前一样，也是63度倾角，位于地球上方约700英里的高度。对卫星的操控由国家安全局的项目运作协调组（Programs Operationas Coordination Group）负责。但是此时，所有最初与“一流奇才”相捆绑的地面站都被关闭了。显然，数据向地传输给了两个海外站点，一个位于日本的三泽空军基地，另一个位于德国的格里斯海姆基地。
“一流奇才”/“冰柜”数据的客户和“侵入者”数据的客户（例如美国舰队的指挥官们）都能够通过某个自动程序指定他们所需要的与感兴趣的区域、信号和单位相关的特殊数据。新一代的主要目标中，包含了成千上万的平民和商船，尤其是那些疑似为恐怖组织和流氓政权运输武器或武器相关材料的船只。据某份报告称，来自卫星的信息传递给了西班牙政府后，突击队成功扣留了一艘开往也门、携带飞毛腿导弹的朝鲜船只。
20世纪60年代末和70年代初，国家侦察局开始将两个地球同步卫星项目的产品放入轨道：“峡谷”（CANYON）和“流纹岩”（RHYOLITE，后者随后改名为“水技表演”AQUACADE）。第一颗“峡谷”于1968年8月从卡纳维拉尔角发射，进入近地点高度为19641英里、远地点高度为22853英里、9.9度倾角的轨道。卫星受德巴特艾布灵地面站控制，是美国的第一个高空信号情报系统和第一颗专用通信情报卫星。后续还进行了6次发射，最后的一次是在1977年。
1970年，四颗“流纹岩”航天器中的第一颗被放入轨道，而该轨道比“峡谷”的轨道更近似于对地静止轨道（0度倾角，近地点和远地点都是22300英里）。“流纹岩”针对通信信号，其主要功能是拦截苏联和中国的进攻和防御导弹测试、反卫星测试和太空发射的遥测。有一颗卫星明显位于东经69度非洲之角上方某处，负责收集发射于丘拉塔姆、沿东北方向对准堪察加半岛目标区域的液体燃料洲际弹道导弹（ICBMs）传输的遥测信号。另一个是在东经115度婆罗洲上方，负责监控苏联的液体燃料导弹，如发射于普列谢茨克的SS-16ICBM和SS-20ICBM。
“流纹岩”卫星除了拦截苏联和中国导弹测试的遥测信号外，还具备重要的通信情报能力。这些卫星显然被用于拦截苏联和中国的超高频波段、甚高频波段和微波频波段的电话和无线电通讯。苏联军事演习中发生的对讲机通讯属于甚高频/超高频范围，也由“流纹岩”卫星进行定期监控，这些卫星事实上整体覆盖了西半球以外的整个世界，拦截来自中国、越南、印尼、巴基斯坦和黎巴嫩的通信。
“流纹岩/水技表演”卫星提供有关中国的弹道导弹、巡航导弹和地对空导弹发展情况的情报。这些卫星中，不止一颗探测到空军上尉斯科特·奥格莱迪（Scott O\'Grady）在波斯尼亚上空执行任务时被塞尔维亚军队击落后发出的求救信号。这些卫星还搜集阿富汗和伊拉克就有关伊拉克GPS干扰系统、阿富汗武器系统、基地组织头目通信、飞毛腿导弹雷达等问题的多次交锋相关的情报。
“峡谷”和“流纹岩/水技表演”项目，最终分别产生了后续项目，最初的代号为“小木屋”（CHALET）和“大酒瓶”（MAGNUM）。1978年6月10日，第一颗“小木屋”卫星被放入与“峡谷”卫星所用相似的轨道。后来，该项目于1979年被媒体曝光后，被重命名为“漩涡”（VORTEX）。1987年，又一次被曝光后再次改名，这次是“水星”（MERCURY）。
“小木屋”最初的任务只限于通信情报。但是，在损失了伊朗地面站并发现“流纹岩”的信息被卖给了克格勃之后，“小木屋”卫星被允许拦截苏联的遥测信息。第一颗调整后的“小木屋”发射于1979年10月1日（当时它已被称为VORTEX）。后续的发射（不是全部成功）时间为：1981年10月1日；1984年1月31日；1988年9月2日；1989年5月10日；1989年9月4日。1998年发射的最后一颗“水星”卫星因发射失败被毁。
在项目存续的大部分时间里，“漩涡”的主要目标是苏联，尤其包括了苏联的导弹和核研究、开发、测试和评估场地以及国防相关的各部委和国防产业的通讯。在“漩涡”工作高峰期，至少有三颗“漩涡”卫星在运行：一颗覆盖东欧和苏联西部，另一颗覆盖苏联中部，第三颗覆盖苏联东部。
每颗卫星也会覆盖在其工作区域内的非苏联目标，包括以色列、伊朗和中东其他国家。因此，“漩涡”位于英国的曼威斯希尔地面站曾为“沙漠盾牌”行动和“沙漠风暴”行动提供了有力支持。1989年，因“在1987年5月至1988年9月1日期间做出的杰出成绩”，该站收到了国防部长迪克·切尼授予的集体嘉奖，这个时间段正好与美国海军在波斯湾的行动时间吻合。
1985年1月25日，“大酒瓶”项目下研发的第一颗卫星从“发现”号航天飞机上发射，进入地球同步轨道。发射时，该项目被称为“猎户座”（ORION）。1989年11月22日，第二颗“猎户座”航天器也是从航天飞机上被放入轨道。据称，该卫星重量约6000磅，有两个巨大的抛物形天线。一颗准备拦截通信和遥测信号，另一颗准备将被拦截的信息材料中继至地球。第一颗“猎户座”卫星可能已在婆罗洲上方就位，而第二颗则在非洲之角上方就位。
另外6至7颗“猎户座”卫星也已被放入轨道，从1995年5月14日的“猎户座3”，到2014年4月10日的可能的“猎户座9”，都使用一次性运载火箭。尽管还有两个“水星”后续系统于1994年8月和1996年4月进入轨道运行，但“猎户座”网络已经成为首要的地球同步信号情报卫星群。
与低轨道卫星和地球同步卫星不同，第三级信号情报卫星并不是在地球同步轨道中运行。这个级别的第一代卫星代号为“折叠座椅”（JUMPSEAT），发射于范登堡空军基地，进入一个63度倾角的高椭圆轨道（200×24000英里）。显然，共发射了七颗“折叠座椅”卫星，其中第一颗发射于1971年3月20日，最后一颗发射于1987年。该项目的初始目的是监控苏联在萨雷沙甘的反弹道导弹测试场的信号和雷达系统的地理定位信号。后来，增加了一项通信情报任务，目标是苏联北部。在高椭圆轨道上，“折叠座椅”每次在苏联上空“徘徊”8至9个小时。“折叠座椅”与989雪貂卫星一起合作的组合，最初被称为“收益”（YIELD），自1982年起又被称为“柳树”（WILLOW）。
“折叠座椅”的更高级版本，代号是“号角”（TRUMPET），发射于1994年5月3日。随后两次发射的时间为1995年7月10日和1997年11月8日。卫星重约1万磅。与“折叠座椅”相同，“号角”运行在高度倾斜的椭圆轨道，但它的任务更为广泛。该项目最终被取消，让步于另一个成本更高的项目。这个昂贵的项目进行了至少三次发射，其中一次是在2006年6月27日，发射于加利福尼亚州范登堡空军基地，由“德尔塔”火箭将卫星送入了62.4度倾角、690×23785英里的轨道。该卫星还携带了一个试验传感器，将用于天基红外系统（Space-Based Infrared System, SBIRS）。后续的发射也携带了天基红外系统有效载荷，时间为2008年3月13日和2014年12月12日，均发射于范登堡空军基地。
信号情报卫星行动得到了多个专业地面站的支持，这些站点分别位于：科罗拉多州巴克利空军基地；英国曼威斯希尔；澳大利亚松树谷。巴克利地面站可能是四个卫星项目的地面站：“猎户座”、“号角”及其后续项目“入侵者”，也许还有一个（地球同步系统）。虽然巴克利空军基地一直是与“猎户座”项目捆绑的三个地面站之一，但它显然是“号角”及其后续项目的唯一地面站，该项目的轨道使得其卫星在北半球上空时会在巴克利的视野内工作。巴克利是与另一个地球同步系统捆绑的两个地面站中最重要的一个，该系统非涉密名称为“推弹杆”（RAMROD）。巴克利“提供了全世界推弹杆系统所有上报量的70%的信息”。
自1972年到1974年，国家安全局开始扩大位于约克夏西8英里的曼威斯希尔监听站。该站占地562亩，包括一个大型的卫星追踪天线阵列。其中一个目的就是使曼威斯希尔成为即将实施的“小木屋”系统的首要地面站。另外，曼威斯希尔也是“水星”后续项目的地面站。
建在澳大利亚松树谷的联合太空防御设施，就是位于婆罗洲上方的“流纹岩”卫星的地面控制站和向下链接，后来也为“猎户座”项目位于婆罗洲上方的卫星承担同样的任务。它可能还为“推弹杆”系统的某个卫星承担类似任务。该设施包括至少七个大型的雷达天线罩，一个大型的计算机室，约20座支持性建筑。这些雷达天线罩（第一个建于1968年）就像是被切掉底部的巨型高尔夫球，有机玻璃建造，安装在混凝土机构上。它们的用途是保护封闭天线不受尘土、风和雨的影响，并躲避苏联侦察卫星。
计算机室分为三大部门。轨道控制部门负责将卫星保持在地球同步轨道中，使其正确对准感兴趣的目标。信号处理办公室接收从卫星传输而来的信号，将其转换成信号分析部门能够使用的格式。1996年，美国和澳大利亚政府宣布了升级松树谷站点的多项计划。
卫星的日常任务分配是空中搜集管理中心（Overhead Collection Management Center, OCMC）的职责，它是国家安全局位于米德堡的所属部门。信号情报空中管理系统是一套硬件和软件工具，“帮助空中搜集管理中心根据国家信号情报搜集小组委员会建立的优先级别和指导原则，将指定的信号情报卫星对准情报目标”。